2015 Fiscal Year Annual Research Report
圧力波によるキャビテーション気泡の初生及び崩壊の物理の解明
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25289034
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
高比良 裕之 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80206870)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小笠原 紀行 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00552184)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 流体工学 / キャビテーション / 気泡 / 圧力波 / 相変化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
集束超音波の焦点近傍に生成したレーザ誘起気泡に，圧力振幅をコントロールした集束超音波を照射し，集束超音波がレーザ誘起気泡の界面で後方散乱する際の，キャビテーションの初生とその後のキャビテーションクラウドの成長を，高速度ビデオカメラを用いて可視化した．キャビテーション初生位置（気泡界面からの距離）は，入射波の波長の0.05～0.3倍程度であること，キャビテーション初生確率50％時の入射波の最大圧力は約35MPaであること，キャビテーションクラウドの長さは，超音波の照射時間が延びるにつれて階段状に増加するが，しだいに一定値に漸近することが示された．さらに，集束超音波が気泡界面で後方散乱する際の負圧の形成をGhost Fluid法を用いて数値解析し，実験結果と比較した．その結果，キャビテーション初生位置での圧力は約-24MPaであること，超音波の音圧が高く，その波長が短くなるにつれて，波の非線形性の効果で，波長で無次元化したキャビテーション初生位置は気泡界面から遠ざかることが示された．
狭い流路を模した平行な剛体壁面間でのレーザ誘起気泡の成長崩壊実験により，平行な剛体壁面間での気泡崩壊は，気泡の最大半径(Rmax)と流路幅(w)との比(w/Rmax)と，気泡初生位置の流路中央からの偏心量に応じて，(1) 中立崩壊，(2) 気泡初生位置と近い側の壁面に向かう移動崩壊，(3) 気泡初生位置と遠い側の壁面に向かう移動崩壊，(4) 分離崩壊の4つに分類できること，また境界要素法による数値シミュレーションにより，上記の気泡崩壊形態を概ね予測できることが示された．
二次元水噴流中に生成したキャビテーション気泡の成長崩壊を高速度ビデオカメラで観測し，キャビテーションの成長に起因する水噴流界面での水柱の生成と気泡崩壊時の衝撃波及び液体ジェットに起因する水柱の生成の可視化に成功した．
Ghost Fluid法を改良し，蒸気と非凝縮性気体からなる気泡の崩壊を解析した．
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| Research Progress Status |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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